[發明專利]一種智能化果樹起壟栽植聯合作業機及方法

在審

• 申請號: 202010081844.9
• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111165103A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 苑進;毛志泉;尹然光;劉雪美;李揚
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: A01B49/06
• 分類號: A01B49/06;A01C5/04;A01G23/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種智能化果樹起壟栽植聯合作業機，其特征在于包括栽植作業裝置、檢測裝置、栽植作業控制系統和液壓傳動裝置；

所述的栽植作業裝置，包括挖坑混肥螺旋鉆頭、連接軸、軸套座、限位軸承、鎮壓輪、覆土機構、內外套筒、鏈傳動機構、絲杠螺母機構、擋板、導流管道、滑軌機構、排肥機構、垂直升降機架、平行升降機架、懸掛機架、壓輪、旋耕裝置、四邊形升降機構；所述的挖坑混肥螺旋鉆頭頂端通過連接軸與挖坑馬達連接，實現挖坑和混肥的聯合作業；所述的連接軸頂端通過鍵與挖坑馬達連接，底端與挖坑混肥螺旋鉆頭通過螺栓連接；所述的軸套座與垂直升降機架通過螺栓連接，固定限位軸承和挖坑馬達；所述的限位軸承固定在軸套座和連接軸之間，可以承受軸向力和徑向力，對連接軸起軸向限位作用；所述的鎮壓輪為兩個，對稱焊接在覆土擋板上，與地面滾動接觸，實現對回填土肥的壓實作業；所述的覆土機構為兩個，對稱焊接在懸掛機架上，對回填的土肥起到收攏的作用；所述的內外套筒同心嵌套，分別與垂直升降機架和平行升降機架固定，將挖坑混肥螺旋鉆頭拋出的土壤收集在筒內；所述的鏈傳動機構將提升馬達的轉矩通過鏈傳動傳遞至兩個絲杠，使螺母帶動擋板實現自動提升；所述的絲杠螺母機構為兩個，螺母與擋板分別固定，當絲杠轉動時使擋板自動提升；所述的擋板放置在導流管道與內外筒的連接處，可以沿內外筒臂上下移動，實現對筒內土肥的儲存和排放；所述的導流管道焊接在內外筒上，使土壤沿內部管道排放至坑穴中；所述的滑軌機構對稱固定在平行升降機架上，使垂直升降機架沿滑軌豎直上下移動；所述的排肥機構固定在垂直升降機架上，在對外槽輪排肥電機的控制下實現肥料的可控排放；所述的垂直升降機架固定在滑軌機構上，在升降油缸的帶動下沿滑軌上下移動；所述的平行升降機架固定在四邊形升降機構的固定連桿2上，帶動挖坑、排肥、混肥、回填作業的主要部件平行移動，實現原位栽植作業；所述的懸掛機架通過三點懸掛方式掛接在拖拉機尾部，用于整個栽植作業平臺的固定；所述的壓輪固定在懸掛機架上，將旋耕的土壤進行壓實起壟；所述的旋耕裝置固定在懸掛機架上，拖拉機輸出軸通過錐齒輪傳動帶動旋耕裝置的刀軸旋轉完成旋耕作業；所述的四邊形升降機構利用了對邊平行的特性，使垂直固定于懸掛機架的固定連桿1與固定于平行升降機架的固定連桿2始終平行，保證鉆頭始終垂直地面工作，提高栽植質量，同時水平位移為導流管道于初始狀態和作業狀態的水平距離，導流管道中心樹苗放置處在回填作業時恰好對準坑穴中心，運動位移的大小僅與平行連桿長度及運動角度相關，其關系式如下：

L₁＝b[cosα-cos(α+β)]

H₁＝b[sin(α+β)-sinα]

上式中，L₁為水平位移，單位為mm；H₁為豎直位移，單位為mm；b為平行連桿長度，單位為mm；α為平行連桿與水平線的最小夾角，單位為度；β為運動角度，單位為度；

所述的檢測裝置，包括接近開關組、按鍵組、壓力傳感器、溫度傳感器、槽型光電開關；所述的接近開關組包括擋板接近開關、前限位接近開關、后限位接近開關、上行程接近開關、中行程接近開關、下行程接近開關；所述的擋板接近開關固定在平行升降機架前端中央處，位于擋板的正上方，當提升擋板觸發接近開關時提升馬達停止轉動；所述的前限位接近開關固定在四邊形升降機構的固定連桿1處，當栽植平臺由初始位置移動到作業位置時，平行升降機架底部觸發接近開關使液壓同步油缸停止伸長；所述的后限位接近開關布置在懸掛機架上，檢測栽植平臺初始狀態；所述的上行程接近開關、中行程接近開關、下行程接近開關皆固定在平行升降機架上，檢測鉆頭行程及位置信息；所述的按鍵組包括復位、一鍵作業、挖坑馬達啟停、提升馬達啟停、同步上升、同步下降、垂直上升、垂直下降等八個按鍵，復位按鍵使單片機控制器進行初始化模式，一鍵作業進行全自動控制模式，其他按鍵可以實現對各個電磁閥的單獨控制，在急需停止自動作業的情況下，可以按下復位按鍵，然后通過提升馬達啟停、同步上升、同步下降、垂直上升、垂直下降等按鍵使各部件運行到初始位置；所述的壓力傳感器用于采集系統壓力，可以實時監控液壓系統的工作壓力，液壓系統壓力過高時，易造成內泄漏，油液溫度升高；所述的溫度傳感器采集油液溫度，油溫過高會使油液的粘性下降；所述的槽型光電開關用于轉速的測量，其檢測頻率可以達到1KHZ，將帶有30個孔的槽型圓盤安裝在連接軸上，當挖坑馬達轉動時，單片機定時器中斷功能用于計時t，外部中斷用于計數z，外部中斷優先級更高，便可得到每分鐘轉速：

上式中，d為轉速，單位為r/min；

所述的栽植作業控制系統，包括控制器、PWM調速器、多路繼電器、OLED顯示屏；所述的控制器包括但不限于單片機、PLC，接受檢測裝置信號并控制外設；所述的PWM調速器根據單片機輸入的PWM的占空比調節排肥電機的轉速，實現對排肥量的精準控制；所述的多路繼電器包含8個，接口負載為直流30V/10A，分別控制提升馬達正轉電磁閥、提升馬達反轉電磁閥、挖坑馬達電磁閥、起壟馬達電磁閥、垂直升電磁閥、垂直降電磁閥、同步升電磁閥、同步降電磁閥的通電狀態，其中，垂直降繼電器控制挖坑進給運動，通過PID控制算法將系統壓力預設值與采集值比對后，單片機發送PWM控制信號控制繼電器通斷時間比例，實現對升降油缸的數字控制，從而智能調節挖坑進給速度；所述的OLED顯示屏通過與單片機進行IIC通信，對壓力、溫度、轉速等信息進行顯示；

所述的液壓傳動裝置，包括多路電磁閥、液壓同步油缸、升降油缸、挖坑馬達、提升馬達、起壟馬達；所述的多路電磁閥為8個，控制馬達啟停、正反轉以及油缸的伸縮；所述的液壓同步油缸為兩個，供油油路采用并聯油路，實現四邊形升降機構的同步運動；所述的升降油缸頭部與垂直升降機架固定，尾部固定在平行升降機架上，使升降機架沿滑軌豎直上下移動；所述的挖坑馬達與軸套座固定，為挖坑混肥螺旋鉆頭提供旋轉動能；所述的提升馬達固定在平行升降機架上，通過鏈傳動機構將動能傳遞給絲杠螺母機構；所述的起壟馬達固定在懸掛機架上，起壟馬達通過鏈條將動力傳遞給壓輪。

2.根據權利要求1所述的一種智能化果樹起壟栽植聯合作業機的作業方法，其特征在于其包括如下工作步驟：

1)拖拉機前進時，拖拉機輸出軸轉動，起壟馬達轉動，土地得到旋耕和起壟，到達作業地點拖拉機停止前進，輸出軸和起壟馬達停止轉動，拖拉機液壓懸掛系統下降使覆土機構和鎮壓輪與壟面接觸；

2)液壓同步油缸伸長使四邊形升降機構帶動內外套筒沿弧線下降，當前限位接近開關觸發后，油缸停止伸長，內外套筒底部鋸齒插入土壤中，PWM調速器控制排肥機構進行定時定量精準排肥；

3)排肥完畢后，升降油缸收縮使挖坑混肥螺旋鉆頭連續豎直向下運動，當垂直升降機架觸發中行程接近開關時，挖坑混肥螺旋鉆頭底部鉆尖恰好插入土壤中，挖坑馬達開啟，升降油缸動作由連續運動改為由PID控制下的根據系統壓力反饋的間斷性運動；

4)垂直升降機架觸發下行程接近開關，到達既定挖坑深度，升降油缸停止運動，挖坑馬達持續運動進行土肥的摻混作業；

5)摻混時間到達后，挖坑馬達停止轉動，升降油缸連續伸長，當上行程接近開關觸發后停止伸長，液壓同步油缸收縮，后限位接近開關觸發后停止收縮，懸掛平臺回到初始狀態，導流管道恰好對準坑穴；

6)提升馬達旋轉帶動擋板上升，工作人員將樹苗放置在導流管道中心樹苗放置處，觸發擋板接近開關時停止提升，挖坑馬達旋轉將內外套筒中的土肥拋出筒內經導流管道回填至坑穴中，提升馬達反轉使擋板復位；

7)拖拉機前進至下一作業地點，前進同時，覆土機構將表層土肥進行收攏，鎮壓輪將土肥進行壓實，拖拉機輸出軸和起壟馬達再次轉動進行旋耕起壟作業。